对已删除的数组进行指针运算仍然合法吗？

Question

今天我写了一些看起来像这样的东西：

void foo(std::vector<char>&v){
    v.push_back('a');
    char*front=&v.front();
    char*back=&v.back();
    size_t n1=back-front+1;
    v.push_back('b');//This could reallocate the vector elements
    size_t n2=back-front+1;//Is this line valid or Undefined Behavior ?
}

如果在我推回 'b' 时发生重新分配，我还能计算我的两个指针的差吗？

看了几遍标准的相关段落，我仍然无法在这一点上下定决心。

C++11 5.7.6： 当两个指向同一个数组对象的元素的指针相减时，结果是 两个数组元素的下标。结果的类型是实现定义的有符号整数 类型;此类型应与标头 (18.2) 中定义为 std::ptrdiff_t 的类型相同。作为 对于任何其他算术溢出，如果结果不适合提供的空间，则行为未定义。 换句话说，如果表达式 P 和 Q 分别指向数组对象的第 i 个和第 j 个元素， 表达式 (P)-(Q) 具有值 i - j，前提是该值适合 std::ptrdiff_t 类型的对象。 此外，如果表达式 P 指向数组对象的一个​​元素，或者指向数组对象的最后一个元素之后的一个元素 一个数组对象，表达式 Q 指向同一个数组对象的最后一个元素，表达式 ((Q)+1)-(P) 与 ((Q)-(P))+1 和 -((P)-((Q)+1)) 具有相同的值，如果这 表达式 P 指向数组对象的最后一个元素，即使表达式 (Q)+1 没有 指向数组对象的一个​​元素。 除非两个指针都指向同一个数组对象的元素，或者 超过数组对象的最后一个元素，行为未定义。

我当然知道它有效，我只是想知道它是否合法。

Answer 1

指向已删除对象的指针是有毒的：除了给它们一个新值之外，不要触摸 then 。内存跟踪系统可以通过使用回收的指针值来捕获。不过，我不知道是否存在这样的系统。

相关引用是 3.7.4.2 [basic.stc.dynamic.deallocation] 第 4 段：

如果标准库中的释放函数的参数是一个非空指针值的指针，则释放函数将释放指针引用的存储，使所有指向 部分的指针无效释放存储空间。使用无效指针值（包括将其传递给释放函数）的影响是未定义的。

当调整std::vector<...> 的大小时，它会跳过许多环（分配器），并且默认情况下最终会调用一个释放函数。

Answer 2

严格来说，是UB。但是您始终可以将您的 char * 指针转换为 uintptr_t（前提是它存在），然后安全地减去结果整数。

void foo(std::vector<char>&v){
    v.push_back('a');
    auto front= uintptr_t (&v.front());
    auto back = uintptr_t (&v.back());
    size_t n1=back-front+1;
    v.push_back('b');//This could reallocate the vector elements
    size_t n2=back-front+1;
}

Answer 3

这种特殊情况是安全的，但丑陋且具有误导性。

v.push_back('b');//This could reallocate the vector elements 行可能会导致您的容器重新分配。在这种情况下，下一行将使用不存在的 front 和 back 指针。即使是悬空指针，计算两个地址的差异也是安全的。不安全的是取消引用它们。

正确的解决方案是使用vector::count() 函数将始终保持同步。如果你（出于某种原因）不想打电话给vector::count()，你应该至少使用++n1。